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锂空气电池以二维材料为催化剂,能让电动车充一次电跑800公里

时间:2019-01-23 阅读:
目前,装备锂离子电池的电动车每次充电平均可行驶约 160 公里,但伊利诺大学芝加哥分校新研究表明,随着结合过渡金属二硫属化物为催化剂的锂空气电池问世,未来电动车每次充完电可以畅跑将近 800 公里。
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目前,装备锂离子电池的电动车每次充电平均可行驶约 160 公里,但伊利诺大学芝加哥分校新研究表明,随着结合过渡金属二硫属化物为催化剂的锂空气电池问世,未来电动车每次充完电可以畅跑将近 800 公里。

锂空气电池(Lithium–air battery)的阳极(负极)采用金属锂,阴极(正极)材料则是空气中的氧,能够存储比锂离子电池多10倍的能量,且重量更轻。

若能再结合由二维材料制成的先进催化剂,用来提高电池内部化学反应速率,让电池提供更多电荷,那么根据催化剂材料类型不同,还能让锂空气电池的性能更上一层楼,是电动车、手机、计算机下一代电池革命性替代品。有了锂空气电池,这些产品全部可以变成续航力怪兽。

最近伊利诺大学芝加哥分校(UIC)团队便合成了 15 种不同类型的过渡金属二硫属化物,将之做为锂空气电池的催化剂材料,并在模拟锂空气电池的电化学系统中,测试这 15 种 TMDC 催化剂的性能。

过渡金属二硫属化物(transition metal dichalcogenide,TMD、TMDC)是一种二维材料的统称,由元素周期表上部过渡金属与硫族元素排列组合形成,较有名的组合比如二硒化钨(WSe 2 );去年年末,成大物理系吴忠霖教授团队研发出一款破纪录的单原子层二极管,即是使用二硒化钨材料。

TMDC 具有高电子传导性、原子级厚度、直接能隙(单层结构)、快速电子转移等优点,表现出极优秀的光电相互作用,是理想的发光二极管、柔性太阳能电池、高载子迁移率晶体管。

根据实验结果,研究第一作者、机械与工业工程学院研究生 Leily Majidi 指出,TMDC 催化剂的反应速率比传统金、铂催化剂还要高,表现如此好的原因之一,是因为 TMDC 材料具有更好的电子特性和更大的反应表面积,有助于加速电池中的充放电反应,且同时结构保持稳定;此外,二维材料与液态电解质可说是强强连手,有助于电子更快转移,实现更快的充电速度与更高效的储存、放电能量。

这些新二维材料能将电池能量提升不只一个层次,只不过,锂空气电池目前仍处于开发实验阶段,科学家还得先找到有效、可大规模生产锂空气电池的方法。

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